Geomagic Design X 重现世纪传奇:Schooner Zodiac美国西海岸现存唯一原装古典大型帆船

点击数:549 发布时间:2017-11-30
游弋百年的海上珍宝, Zodiac这艘独一无二的帆船充满传奇与殊荣,1924年下水首航,浓缩了美国帆船设计制造的全部精华。长约50米,主桅杆超过10层楼高,橡木柚木结构和镶板散发着威严和经典。
Geomagic Design X 重现世纪传奇:Schooner Zodiac美国西海岸现存唯一原装古典大型帆船

游弋百年的海上珍宝, Zodiac这艘独一无二的帆船充满传奇与殊荣,1924年下水首航,浓缩了美国帆船设计制造的全部精华。长约50米,主桅杆超过10层楼高,橡木柚木结构和镶板散发着威严和经典。

20世纪30年代,由著名游艇设计师威廉汉德为强生家族设计。1928年在纽约至西班牙的“国王杯跨洋帆船赛“中,她赢得第四名。二战期间,还承担了运送军官从珍珠港返回的任务。

老船长

Zodiac是美国西海岸现存唯一一艘原装古典大型帆船

2014年底,主人斥资约50万美金对其重新翻新, Geomagic Design X逆向工程解决方案发挥了重大作用。

2012年工程师Christian Stark带着家人到美国华盛顿州西北部的圣胡安群岛附近航海旅行,瞬间喜欢上了127英尺高的高桅横帆船 Schooner Zodiac。在第二次作为志愿者出海的时候, Christian与船长讨论这个船的航海性能,发现船长左舷固定钉和右舷固定钉有很明显的差异。此外,船长还告诉Christian左舷被破坏的结构在之前改造时修复过。

唯一留存的图纸:船体线型图

Christian的工程改造想法开始付诸行动。他开始询问船的蓝图信息,船体扫描信息,提出实际测量左舷和右舷形状不同的想法。然而,蓝图已在多年前一场大火中丢失,现在留存的图纸只有用于海岸警卫队认证的船体线型图。这些图中船体的两侧均完全相同。如何才能快速方便的确定船体形状?

在第二次航行中,船上的一名乘客正好是加拿大多伦多的一个3D扫描专家。巡航结束后他们有了计划,2013年3月当船在干船坞时,来自多伦多的Ross Nairn愿意过来为船扫描,Christian将使用这些数据创建蓝图。

Ross使用FARO Focus 3D扫描仪对船在水中和干船坞中都进行了扫描,同时也对船的内部结构进行了详细的扫描。得到了超过20亿个数据点云, Christian现在可以尝试着将这些数据点云转化为CAD模型。

Geomagic Design X是一款功能非常全面的三维逆向工程软件,它将3D扫描数据处理和基于历史的CAD相结合创建完整的CAD实体模型。从这个软件着手, Christian成功的完成了数据整理和再次采样,将最终的点云个数降低至2600万。

Christian说:“Geomagic Design X特征集和功能非常强大,最重要的是,它非常稳定,这对于处理大批量的点云文件非常重要。”

Design X软件会在点云数据上生成多边形网格,准确的将3D形状转化为几百万个三角面片。Design X软件的自动修复功能可以对小的瑕疵和异常进行修复,然后就可以生成可以识别表面近似曲率的网格区域。

Christian 说:“创建网格区域是3D模型创建过程的重要一步,因为让平面和圆边在颜色上不同,这样可以更容易的识别不同的表面,并对它们做出修改。”

虽然Geomagic Design X 可以自动修复3D网格的大多数问题,但是一些没有扫描到的区域还需要手工进行识别,然后使用软件修复孔、凹凸等。

Christian说:“另外一个需要进行大量处理的区域是Zodiac的甲板,因为我们是在干船坞中进行的扫描,有很多设备比如缆绳、垃圾桶、工具、挡板等都会被3D扫描仪扫到。”

现在,模型数据可以变成实际的三维曲面了。Geomagic Design X在网格区域上匹配一个完美的表面,就像在原始网格表面上覆盖一层“塑料膜”,并且比原来的网格有所延长,方便后续修改。

Christian说:“如果你现在同时创建了左舷和右舷、船体表面和甲板横梁表面,那么就有4个面沿龙骨和甲板线相交。使用这一表面相交特征,你现在可以修剪所有重叠的表面,从而最终得到一个完整的船体表面模型。

据 Christian所言,上述过程相当复杂,因为当对真实的形状进行处理的时候,它们不可能简简单单的按照它们应该有的顺序排列,尤其是这个有90多年历史的木质远洋船,所有的东西都随着时间发生了改变。

“我创建了初始表面后,它们与龙骨不能顺利的相交。因此我必须创建船体单独的弯曲表面和更直更平的龙骨表面。当我使用了一个Geomagic Design X软件功能神奇的Accuracy-Analyzer精度分析工具后才意识到可以这么做。该功能可以计算网格和所生成的曲面之间的空间距离,然后分配一个颜色给该距离值。它可以显示比较你的模型与实际扫描数据之间的差异。”

在实践中,红色亮点区域表示曲面和网格之间的距离大于3厘米(约1英尺),深蓝色的标识表明在相反的方向上差距3厘米,绿色表明曲面和网格精确匹配。

现在,Christian准备好以3英尺的间隔切割船体创建2D视图、吃水线和尾部线。在过去,当造船厂和海军建筑师试图得到这些模型时,他们只是锯开手工制作的缩比模型。现在,3D软件可以通过面片得到完全相同的沿平行平面的网格或曲面模型。

这些曲线现在可以导入3D Systems的Geomagic Design 机械CAD软件,用来生成2D船体型线。下图显示了Geomagic Design 中的船体型线。

“最终,我得到了船体型线。尾部线显示了左舷船体的变形,如果它们100%重叠,表明船体是对称的。通过对比左舷和右舷线,发现左舷向船体中线缩进去了3英尺。创建的船体型线也是不同,因为它显示了竣工和老化的结果,而最初的设计是一个对称的船体。”

Christian说:“我已经实现了创建2D蓝图的主要目标,但现在我发现我有更好的东西:一个三维CAD模型。这令我非常兴奋,因为现在我们可以使用3D数据更新海岸警卫队以前的认证模型,确定基于不同负载情况下的船体精确位移,3D打印船体,并制定内部和外部设计的改造计划。”

Christian计划继续进行Schooner Zodiac 的3D创造,继续使用桅杆和操纵件的3D扫描数据创建船帆,并制定更详细的计划和模式,以帮助这个经典的船继续安全航行。

2014年底,主人斥资约50万美金完成对其重新翻新。